Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одними из современных областей применения полимеров и композитов являются производство кровельных и гидроизоляционных материалов, а также дорожно-строительная индустрия, базирующаяся на широком использовании битумных композиций. Битумы являются одними из наиболее востребованных материалов, применяемых в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, для изоляции трубопроводов и др. В России битумы получают в основном окислением кислородом воздуха различных тяжелых нефтяных фракций и их смесей при температуре 180 - 3000С. Полученные по такой технологии битумы имеют низкое качество. Так, например, по данным Центрдорконтроля Российского дорожного агентства, более 45% ежегодно производимых дорожных битумов не соответствуют требованиям нормативной документации, прежде всего ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие».
Одним из путей решения проблемы повышения качества является создание полимербитумных композиционных материалов. Использование в качестве модифицирующих добавок полимеров, а также техногенных отходов их производств позволяет решить не только проблемы повышения качества битумных композиций и получить улучшенные материалы, но и утилизировать отходы различных предприятий.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью создания полимербитумных композиционных материалов дорожно-строительного и защитного назначения, отвечающих современным требованиям.
Целью работы является разработка технологии получения полимербитумных гидроизоляционных мастик и базальтонаполненных полимербитумных композиционных материалов для дорожного строительства с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Для достижения поставленной цели в задачи исследования входило:
разработка рецептуры и изучение особенностей получения базальтонаполненного полимербитумного материала с повышенными эксплуатационными характеристиками;
разработка математического описания зависимости «состав – технологические параметры - свойства» для полимербитумного композиционного материала и оптимизация его характеристик;
изучение особенностей использования базальтового наполнителя для повышения свойств мастик и определение механизма взаимодействия между компонентами в полимербитумных композициях;
разработка технологических рекомендаций и промышленная апробация модифицированных полимербитумных композиций.
Научная новизна работы состоит в том, что:
установлены физико-химические особенности получения полимербитумных композитов с повышенной эластичностью (дуктильностью при 00С более 11 см) и высоким температурным пределом эксплуатации (температура размягчения по КиШ более 520С) путем направленного регулирования их составов при введении полимерных добавок различной химической природы;
доказан механизм взаимодействия в системе «полиэфирная смола -базальтовый наполнитель», заключающийся в образовании органо-силикатных связей (образование пика на инфракрасном спектре в области 1039 см-1) , обеспечивающих формирование сшитой трехмерной структуры в композите и повышении его физико-механических свойств;
установлено физико-химическое взаимодействие в системе «полимербитумное вяжущее – базальтовый наполнитель», подтвержденное расщеплением интенсивной полосы валентных колебаний связи Si-О (1091 см-1) в композиции на два пика (1062 и 1031 см-1) и образованием переходного слоя «наполнитель – полимерная матрица».
Практическая значимость работы состоит в том, что:
доказана эффективность использования модификаторов - промышленно выпускаемых каучука марки СКМС и ПЭВД, что позволяет получить ПБВ, характеризующееся повышенной эластичностью при эксплуатации в широком температурном интервале;
создано математическое описание, устанавливающее зависимость «состав – технологические параметры – свойства» на примере композиции «битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90 – каучук марки СКМС – ПЭВД», произведена оптимизация состава и технологических режимов его получения;
разработана базальтонаполненная полимербитумная мастика, модифицированная ненасыщенной полиэфирной смолой марки КАМФЭСТ 0102, обладающая высокими адгезионными свойствами, водо- и хемостойкостью и рекомендуемая для использования в качестве защитных покрытий металлических конструкций;
проведены испытания разработанных полимербитумных мастик на заводе ЗАО «Стройматериалы. Энгельсский кирпичный завод» в качестве защитных покрытий металлических конструкций (вагонеток), эксплуатируемых в условиях длительного воздействия температуры и механических нагрузок, получено положительное заключение.
Основные положения, выносимые на защиту:
способ направленного регулирования свойств полимербитумных композиций введением модифицирующих полимерных добавок – каучука марки СКМС-30 АРКМ-15, вторичного ПЭВД, базальтового наполнителя, ненасыщенной полиэфирной смолы марки КАМФЭСТ 0102;
рецептурные составы полимербитумного вяжущего и базальтонаполненных полимербитумных композиций, обеспечивающие повышенные эксплуатационные свойства разработанных композитов различного назначения;
математическое описание, устанавливающее взаимосвязь «состав – технологические параметры – свойства» в модифицированных полимербитумных композициях с оптимизацией их характеристик;
механизмы взаимодействия в системах «полиэфирная смола -базальтовый наполнитель» и «полимербитумное вяжущее - базальтовый наполнитель»;
технологические рекомендации по получению модифицированных полимербитумных композиций различного назначения.
Достоверность и обоснованность научных положений диссертационной работы, методических и практических рекомендаций, обобщенных результатов и выводов подтверждаются экспериментальными данными, полученными с применением стандартных методов испытаний физико-механических, химических, технологических свойств, а также современного комплекса взаимодополняющих методов исследования. Статистическая обработка экспериментальных данных велась по стандартной методике.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Всероссийских и Международных конференциях: II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизации» (Саратов, 2010), I Межвузовской научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (г. Братск, 2009), XV Международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2009), V и VI Международных конференциях «Композит-2010» и «Композит-2013» «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» (Саратов, 2010 и 2013 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 8 статей в сборниках и материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методического раздела, трех глав с обсуждением экспериментальных данных, выводов, списка использованной литературы и приложений.
Похожие диссертации на Технология полимербитумных композиционных материалов строительного назначения
